Υπολογιστική και πειραματική μελέτη της συγκόλλησης δια τριβής και ανάδευσης για το αεροναυπηγό κράμα αλουμινίου AA2024

• Κύριος συγγραφέας: Φελέκης, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Λαμπέας, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Θερμομηχανικό μοντέλο προσομοίωσης fsw; Πεπερασμένα στοιχεία; Αναπτυσσόμενες θερμοκρασίες; Στρεβλώσεις; Πειραματικές μετρήσεις; Thermomechanical simulation model fsw; Finite Element Analysis; Developing temperatures; Distortions; Experimental measurements

Η συγκόλληση δια τριβής με ανάδευση (Friction Stir Welding-FSW) είναι μία μη συμβατική μέθοδος συγκόλλησης, η οποία στοχεύει στη συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου που έχουν χαμηλό σημείο τήξης μέχρι πρότινος δεν ήταν να συγκολληθούν με τις συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης. Ακόμη, η μέθοδος FSW, επειδή είναι μια μέθοδος συγκόλλησης στερεάς δεν επηρεάζει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του συγκολλημένου υλικού. Λόγω, όμως, των έντονων θερμικών και μηχανικών φορτίων που ασκούνται στις προς συγκόλληση πλάκες, η μέθοδος αυτή παρουσιάζει μερικά μειονεκτήματα. Αυτά είναι οι ανάπτυξη παραμενουσών τάσεων (ΠΤ) και στρεβλώσεων, οι οποίες επηρεάζουν τη δομική ακεραιότητα της κατασκευής και προκαλούν προβλήματα στη συναρμολόγηση και τη λειτουργικότητα της κατασκευής, αντίστοιχα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η ανάπτυξη ενός αριθμητικού μοντέλου προσομοίωσης της διεργασίας FSW με την χρήση του εμπορικού κώδικα Πεπερασμένων Στοιχείων ANSYS Mechanical APDL, για την μελέτη των αναπτυσσόμενων θερμοκρασιών, των παραμενουσών τάσεων και των στρεβλώσεων. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν τέσσερεις συγκολλήσεις, σε αεροναυπηγικό κράμα αλουμινίου AA2024, με σκοπό την μελέτη των πραγματικών συγκολλήσεων και την σύγκριση των αποτελεσμάτων τους με τα υπολογιστικά. Από τη σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων και των αριθμητικών προβλέψεων προέκυψε πως το αριθμητικό μοντέλο οδηγεί σε ακριβή πρόβλεψη του θερμοκρασιακού ιστορικού, αλλά δεν έχει τη δυνατότητα ακριβούς πρόβλεψης των αναπτυσσόμενων στρεβλώσεων. Ο λόγος για αυτό ήταν ότι ο βαθμός σύσφιξης, δηλαδή η ασκούμενη δύναμη του συστήματος συγκράτησης προς τις πλάκες, στα πειράματα δεν ήταν ο ίδιος με αυτόν που εφαρμόστηκε στον μοντέλο μας. Ακόμη, πειραματικά παρατηρήθηκε το φαινόμενο του λυγισμού λόγω των αναπτυσσόμενων ΠΤ που ξεπερνούσαν την κρίσιμη αντοχή λυγισμού, με αποτέλεσμα την απόκλιση από τα αποτελέσματα που προέκυψαν υπολογιστικά. Τέλος, παρατηρήθηκαν στις τρεις από τις τέσσερις συγκολλήσεις η ατέλεια «μη πλήρωσης της επιφάνειας» λόγω της μεγάλης ταχύτητας πρόωσης ή της μικρής ταχύτητας περιστροφής που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα, με αποτέλεσμα να μην αναδευτεί κατάλληλα το υλικό των δύο πλακών από το εργαλείο συγκόλλησης.